Kinetika Reaksi Enzim-katalis

download Kinetika Reaksi Enzim-katalis

of 40

  • date post

    02-Jun-2018
  • Category

    Documents

  • view

    225
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Kinetika Reaksi Enzim-katalis

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    1/40

    KINETIKA REAKSI ENZIM-KATALIS

    Ghilandy Ramadhan

    1206242012

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    2/40

    KINETIKA

    REAKSI

    ENZIM-

    KATALIS

    KOMPLEKS ENZIM-SUBTRAT & AKSI

    ENZIM

    KINETIKA ENZIM SEDERHANA

    DENGAN 1 ATAU 2 SUBSTRAT

    KINETIKA MICHAELIS-MENTEN

    EVALUASI PARAMETER PERSAMAAN MICHAELIS-MENTEN

    KINETIKA REAKSI REVERSIBEL, REAKSI DUA SUBSTRAT & AKTIVASIKOFAKTOR

    MENENTUKAN KONSTANTA LAJU

    TAHAP AWALKINETIKA RELAKSASI

    HASILHASIL INVESTIGASI KINETIKA-TRANSIEN

    POLAPOLA KONSENTRASISUBSTRAT TERIKAT

    AKTIVASI & INHIBISI SUBSTRAT

    BANYAK SUBSTRAT BEREAKSI PADA SATU ENZIM

    MODULASI & REGULASI AKTIVITASENZIM

    MEKANISME MODULASI REVERSIBEL ENZIM

    ANALISIS PENGARUH MODULATOR REVERSIBEL PADA KINETIKA

    ENZIM

    FAKTORFAKTOR YANG

    MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM

    PENGARUH PH PADA SOLUSI KINETIKA ENZIM

    LAJU REAKSI ENZIM & SUHU

    DEAKTIVASI ENZIMMEKANISME & MANIFESTASI DENATURASI PROTEIN

    MODEL DEAKTIVASI & KINETIKA

    GAYA AKSI MEKANIS ENZIM

    STRATEGI STABILISASI ENZIM

    REAKSI ENZIM PADA SISTEM

    HETEROGEN

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    3/40

    PENDAHULUAN

    Ekstraksi enzim pertamaBuchner, 1897

    Isolasi enzim pertamaSumner, 1926

    6 klasifikasi enzim :

    1. Oksidoreduktase reaksi oksidasi dan reduksi

    2. Transferase transfer gugus fungsional suatu substrat

    3. Hidrolase reaksi hidrolisis

    4. Liase reaksi adisi ikatan ganda

    5. Isomerase Isomerisasi

    6. Ligase pembentukan ikatan dengan bantuan ATP

    Enzim sebagai katalismempercepat atau memperlambatreaksi tanpa ikut bereaksitidak mengganggukesetimbangan reaksi yang ada

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    4/40

    Kofaktor unsur nonprotein yang dikombinasikan denganapoenzim (protein inaktif) secara katalitik memberi Unsur

    nonprotein

    Fungsi : memaksimalkan kinerja tiap enzim yang berasal dari

    mikroorganisme

    Ko

    fak

    tor

    En

    zi

    m

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    5/40

    KOMPLEKS ENZIM-SUBTRAT & AKSI ENZIM

    Keberadaan kompleks enzim substrat dapat diidentifikasi melalui x-ray

    crystallography, spektroskopi, dan resonansi electron-spin.

    Substrat menempel pada bagian spesifik dari suatu enzim yang disebut

    dengan sisi aktif, tempat berlangsungnya reaksi dan produk dihasilkan

    Dua pernyataan berbeda dalam menjelaskan aktifitas enzim: Enzim dapatmemegang substrat sehingga sisi aktifnya berdekatan satu sama lain, hal

    ini dapat mempercepat reaksi kimia(proximity effect) dan Enzim

    mempercepat reaksi dengan susbtrat yang tidak simetris dengan

    memanfaatkan ketepatan orientasi(orientation effect)

    Lock & Key Induced Fit

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    6/40

    Kompleks terbentuk ketika kunci substrat bergabungdengan gembok enzim. Pada gambar 3.2 terdapat ikatanhydrogen yang terbentuk antara substrat dan grup yangterpisah jauh dalam rantai asam amino pada enzim.Molekul protein dilipat sehingga grup rantai samping asamamino reaktif dalam enzim hadir situs yang sangat spesifikuntuk substrat.

    Induced Fit Theory yaitu struktur sisi aktif enzim berubahakibat substrat yang menempel

    1. Proximity Effectenzim bekerja dengan menahansubstrat-substrat sehingga bagian aktif berada pada posisidekat satu sama lain dan dengan kelompok enzim katalitik

    2. Orientation Effectenzim mengikat substrat pada posisidimana enzim dapat mempercepat reaksi

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    7/40

    KINETIKA ENZIM SEDERHANA DENGAN 1

    ATAU 2 SUBSTRAT

    Jika sebuah reaksi enzimatik, yaitu , makalaju reaksi , dalam kondisi quasi-steady statedapatdinyatakan sebagai:

    = konsentrasi molar dari substrat

    = konsentrasi molar dari produkdengan satuan mol per satuan volume per satuanwaktu

    =

    =

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    8/40

    Laju reaksi besaran intensif (pada setiap titik dalamcampuran reaksi)

    jika konsentrasi atau besaran intensif lainnya berubahdari satu titik ke titik lainnya maka laju reaksi akan

    bervariasi sesuai posisinya di dalam campuran.

    studi kinetika eksperimental reaktor mixed-well akansering digunakan, laju reaksi dianggap seragam disetiap titik dalam campuran.

    titik dalam campuran : sejumlah volume yangmengandung banyak molekul namun relatif sangat kecil

    jika dibandingkan dengan keseluruhan sistem reaksi

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    9/40

    Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam mengukur kinetika

    enzimatik, yaitu:

    Pada waktu t=0, campuran antara substrat dan enzim murni

    dicampur di dalam tabung tertutup isotermal yang berisi

    larutan buffer untuk mengontrol pH.

    Konsentrasi substrat dan/ atau produk dipantau pada waktu

    yang bervariasi.

    Secara umum, hanya initial-rate yang digunakan untuk

    menentukan laju reaksi. Selama kondisi reaksi pada t=0

    diketahui dengan baik, kurva initial slopedari substrat atau

    konsentrasi produk vs. waktu dapat diestimasi dari data:

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    10/40

    Unit atau aktivitas unit: Jumlah enzim yang

    diberikan sebagai aktivitas katalis dalam

    kondisi standar yang disesuaikan

    Contoh: Satu unit glukoamilase didefinisikan

    sebagai jumlah enzim yang memproduksi 1

    mikromol glukosa per menit dalam 4% larutan

    Lintner starch pada pH 4.5 dan 60 C

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    11/40

    Kinetika Michaelis-Menten

    Gambar 3.7. Data Kinetika Reaksi Enzimatik

    (Sumber: James E. Bailey dan David F. Ollis. Biochemical

    Engineering Fundamental)

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    12/40

    Dari Gambar 3.7 kita mendapatkan informasi sebagai berikut :

    Laju reaksi laju reaksi orde satu dengan konsentrasisubstrat yang rendah.

    = . dengan n adalah orde reaksi Jika konsentrasi substrat ditingkatkan secara terus menerus,

    maka orde reaksi dari substrat akan berkurang dari orde 1menjadi orde 0.

    Laju reaksi proporsional dengan jumlah total enzim yangtersedia.

    Observasi Henri (1902), mendapatkan persamaan laju yaitu:

    =

    +, Dimana =

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    13/40

    Michaelis- Menten (1913) mendapatkan persamaan yang dapat diaplikasikandalam penurunan model kinetik yang cukup rumit.

    (3.4.a)

    (3.4b)

    Mula-mula, diasumsikan bahwa enzim (E) dan substrat (S) membentukkompleks ES, kemudian berubah menjadi produk (P) dan enzim yang bebas(E).

    ESSE

    k1

    k1'

    PEES

    k2

    Henri dan Michaelis-Menten mengasumsikan bahwa reaksi 3.4a

    berada dalam kondisi setimbang. Sehingga menurut hukum mass-action, laju molekularnya menjadi

    ()=

    = = (3.5)

    *s, e, dan (es) konsentrasi dari S, E dan ES.

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    14/40

    Perubahan kompleks ES menjadi produk dan enzim bebas,

    dapat diasumsikan berlangsung secara irreversible.

    =

    = (3.6)Jumlah keseluruhan enzim dapat dinyatakan sebagai:

    ( ) = (3.7)

    *=konsentrasi total enzim yang terdapat dalam sistem.

    Sehingga kinetika Michaelis-Menten dapat dideskripsikanpula dengan persamaan 3.3, yaitu:

    =

    +

    *Parameter merupakan laju maksimum atau pembatas,dan merupakan konstanta Michaelis.

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    15/40

    Briggs dan Haldane juga menurunkan persamaan 3.3. Untuk reaksi yang

    berlangsung di dalam tabung tertutup well-mixed, neraca massa dari substrat dan

    kompleks ES, yaitu

    =

    = ()

    ()

    = ()

    Dari persamaan

    ( ) =

    diperoleh nilai s dan es pada kondisi mula-mula yaitu:

    0 = 0 = 0

    Briggs dan Haldane mengasumsikan bahwa

    ()

    = 0 (3.8)

    Asumsi ini disebut juga quasi steady-state approximation, yang dapat dibuktikan

    pada reaksi enzimatik dalam sistem tertutup, saat nilai /bernilai cukup kecil.

    Penurunan persamaan Briggs-Haldane, menjadi

    =

    =

    + (3.9)

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    16/40

    sesuai dengan persamaan Michaelis-Menten yang

    dihasilkan, maka

    = (3.10)

    = +

    (3.11)

    =

    =

    + (3.12)

    = l n

    (3.13)

    Persamaan 3.13 persamaan yang seringkali digunakan untuk

    menghitung waktu reaksi yang dibutuhkan untuk mencapai

    konsentrasi substrat yang bervariasi.

    Namun, persamaan tersebut tidak dapat digunakan dalam beberapa

    kasus, seperti saat kondisi konsentrasi total enzim mendekati atau quasi steady-state approximation tidak terpenuhi, dikarenakan

    hasil yang didapatkan mengalami deviasi yang sangat signifikan.

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    17/40

    Evaluasi Parameter Persamaan

    Michaelis-Menten Parameter dan dapat diestimasi dengan memplot

    persamaan Michaelis-Menten:

    1. Plot Lineweaver-Burk

    1

    = 1

    1

    2. Plot Eadie-Hofstee

    =

    3. Plot

    =

    Persamaan lineweaver-

    burk mem-plot

    antara , Nilailaju yang paling akurat

    adalah yang mendekati

    nilai vmax, yang titik-

    titiknya akan mendekati

    asalnya, sedangkan nilai

    yang kurang akurat akanjauh dari asalnya dan

    biasanya menjadi acuan

    yang kuat untuk

    menentukan gradien

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    18/40

    Kinetika Reaksi Reversibel, Reaksi Dua

    Substrat & Aktivasi Kofaktor

    1. Reaksi Reversibel

    (3.17a)

    (3.17b)

    Nilai laju reaksi persamaan diatas adalah:

    =

    =

    =

    1

    dimana nilai vsdan Kssama dengan nilai vmaxdan Kmdan nilai vpdan Kp,yakni : =

    =

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    19/40

    2. Reaksi Dua Substrat

    K1 K2 K12 K21

    Sehingga, =

    Konstanta

    kesetimbangan

    disosiasi

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    20/40

    dengan menjumlahkan 4 persamaan pertama diatas, maka didapat:

    =

    1

    12

    Persamaan diatas dapat disederhanakan dengan memerhatikan keperluan kesetimbangan sebagaiberikut:

    = Lalu dihasilkan :

    =

    Dimana

    =

    Dan

    =

    Persamaan diatas menunjukkan laju maksimum semu dan konstanta dari fungsi konsentrasi S2.

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    21/40

    3. Aktivasi Kofaktor

    Ketika kofaktor terlibat, baik metal ion atau

    koenzim, sehingga terdapat substrat kompleks

    yang terdiri dari kompleks apoenzim-koenzim,

    maka :

    =

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    22/40

    MENENTUKAN KONSTANTA LAJU

    TAHAP AWAL

    Parameter vmax dan km, bergantung terhadapkonstanta laju dasar. Namun parameter tersebut tidakbisa digunakan untuk menentukan kontanta laju dasar.Tapi, yang dibutuhkan adalah hubungan tidak terikat

    dari konstanta laju dasar dengan data eksperimen. Ada dua buah metode, yakni metode kinetikapre-

    steady-state dan metode kinetika relaksasi. Untukmetode kinetikapre-steady-state, hanya berfokus padaperiode pendek setaelah reaksi terinisiasi dan

    pendekatan quasi-steady-statetidak digunakan. Untukmetode kinetika relaksasi, hanya mengeksplor reaksiyang terjadi pada skala nanoseconds.

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    23/40

    Kinetika RelaksasiReaksi kesetimbangan antara substrat, enzim, dan kompleks enzim

    substrat :

    Dapat diketahui neraca massa untuk s

    = =

    Maka

    =

    Menjadi

    = Jika s* dianggap konsentrasi s pada kestimbangan, setelahperubahan langkah, maka s* dapat ditentukan dengan:

    = 0

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    24/40

    Pada eksperimen relaksasi, s mendekati s*. Sehingga f(s) dapatditentukan menggunakan ekspansi taylor.

    Deviasi dari konsentrasi keseimbangan dapat dihitung dari :

    = Sehingga neraca massa linearisasi dapat dihitung menggunakan :

    = 2

    Jika sistem berada pada kesetimbangan lama, saat kondisi awal 0 =

    Dan =

    Dimana

    = 2

    =

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    25/40

    HasilHasil Investigasi Kinetik-Transien

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    26/40

    POLAPOLA KONSENTRASI SUBSTRAT

    TERIKAT

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    27/40

    Aktivasi & Inhibisi Substrat

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    28/40

    Banyak Subtrat Bereaksi Dengan Satu

    Enzim

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    29/40

    MODULASI & REGULASI AKTIVITAS

    ENZIM

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    30/40

    Mekanisme Modulasi Reversibel Enzim

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    31/40

    Analisis Pengaruh Modulator Reversibel

    Pada Kinetika Enzim

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    32/40

    FAKTORFAKTOR YANG

    MEMPENGARUHI AKTIVITAS ENZIM

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    33/40

    Pengaruh PH Pada Solusi Kinetika Enzim

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    34/40

    Laju Reaksi Enzim & Suhu

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    35/40

    DEAKTIVASI ENZIM

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    36/40

    Mekanisme & Manifestasi Denaturasi

    Protein

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    37/40

    Model Deaktivasi & Kinetika

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    38/40

    Gaya Aksi Mekanis Enzim

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    39/40

    Strategi Stabilisasi Enzim

  • 8/11/2019 Kinetika Reaksi Enzim-katalis

    40/40

    REAKSI ENZIM PADA SISTEM HETEROGEN